聊聊电机设计

浅风无影

借着劲，再谈谈对电机设计的理解，有错误的地方还请各位大侠指出。按项目来说一般是先有需求才有设计，需求搞清楚了，设计的目标也就清楚了。因为我在搞PMSM。就谈谈工作接近两年的看法。现在伺服行业更趋向于电机与驱动器直接适配，采用电子铭牌的格式，不需要自己手动输入电机参数，驱动器直接读编码器中存储的电子铭牌，获得电机参数，自动调整内部的电流环。而设计电机时，首先是我们要确定驱动器的参数了，然后确定需要设计的额定功率，额定转速，额定力矩，最高转速，过载能力、额定散热下的温升。其实现在的电机都是成系列了，因为同一额定条件下的电机有很多种参数可选，为了适应市场的需要，便于安装等，根据不同的法兰尺寸划分系列，设计冲片时要明确选择的是什么系列，根据准备选用哪个系列选择合适的定子冲片的外径。
采用单相220v输入的驱动器，再经过svpwm后，理论上的能提供的相电压有效值最大值等于220v/1.732。因为电机的反电势与转速成正比，那么电机的最大转速其实就是扣除电阻等分担的电压后，反电势除以反电势系数了。这个系数就跟实际的绕组匝数，磁密相关了。然后根据最大转速与额定转速的关系，可以确定额定转速下的反电势，想要把电机出力的余量留大，就是在设计最高转速下的反电势时取值小点，这样在所谓的最高转速时，绕组中还能通一定的电流，用来出力。电机设计的另一个参数是额定力矩，这个直接跟磁密和电密有关了。磁密就是磁感应强度，电密就是电机气隙中单位长度的电流值。这两个值反应了力矩与电场和磁场的关系。想增大力矩，你可以增大电密，就是加电流了，你还可以增大磁密，选剩磁更高的永磁体，或者加长磁钢厚度。
现在就该谈谈详细的磁场部分的设计了，不得不佩服有限元，现在的有限元软件计算磁场已经能算的很准确了，基本偏差不大，所以你大概的知道了参数范围以后就可以采用有限元微调参数了。一般按二维设计即可，不用建立三维模型。如果你不懂变分法，差分法，麦克斯韦方程组的话，你可以做一个按钮工，只要你的公司产品够成熟，直接照葫芦画瓢就行，不会有太大问题的。反正铜耗，铁耗都能算出来。而且基于公司现有的模型，也不需要用什么特别的冲片形状去消除齿槽转矩。按已有的改一下尺寸，参数化多算算，找一个局部最优解就行了。
电机里面还有一个重要的参数是热负荷，这个值反应了单位面积的发热量，直接衡量电机发热，感觉设计不合格主要就是发热了。要是用超导，没有发热，那么电机就可以随便设计了。
同一法兰尺寸的电机还要考虑电机的转动惯量的大小，这反应了电机的机械常数，惯量大，力矩小的时候启动较慢，而大力矩，小惯量加速性能好，再就是惯量匹配了。同一法兰，同一惯量类别的PMSM，设计不同功率电机时就是改铁芯的叠厚度，铜线的线径和匝数了，主要就是画图的累了，哈哈。当然，同一功率，低压变高压驱动器的时候也要换换绕组的线径和匝数，保持电流密度不变，但是反电势增大就行了。
再聊聊结构设计，现在市面上通用的电机其实结构大差不差，抄抄改改。主要需要考虑的是绝缘，振动，噪音。强度方面需要考虑的不多。其中以振动比较难搞，但是对结构工程师来说就是要定好动平衡精度等级。振动超标往往是动平衡没做好导致的。
剩下的就是作为产品必须做的测试，电阻、电感、反电势必须的，还有绝缘，耐压，IP，xyz三个轴的振动，温升，st曲线，波形面积差，噪音，老化，编码器的精度等等，出货的话还得考虑外观。最后就是安规了，UL、CE、看你卖哪里了。

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段与段之间最好空一行，看起来能舒服些————————————————————————
PMSM全称为permanent magnet synchronous motor， 即永磁同步电机
冲片：是硅钢片.由0.3mm的硅钢片冲压而成为不同规格冲片以适合不同功率的电动机定子转子使用
SVPWM：SVPWM是空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation)的简称

lidd

感觉挺详细的，学习了。可以聊聊电机的特性曲线么，恒扭矩，恒功率 等等 怎么来的，各个电机的起动特性。还有电机轴向承受可能载荷的时候比如1T是怎么处理的。